Transrapid und Rad-Schiene- Hochgeschwindigkeitsbahn
Rainer Schach • Peter Jehle • Rene Naumann
Transrapid und Rad-SchieneHochgeschwindigkeitsbahn Ein gesamtheitlicher Systemvergleich
Mit 70 Abbildunge...
Transrapid und Rad-SchieneHochgeschwindigkeitsbahn Ein gesamtheitlicher Systemvergleich
Mit 70 Abbildungen
^y Springer
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen Formelzeichen
XV XIX
1
Einführung
1
2 2.1 2.2
Das Rad-Schiene-System Das Rad-Schiene-Prinzip Die Bedeutung der Eisenbahn in der Vergangenheit und Zukunft Geschwindigkeit und Entfernung Der ICE Der ICE 1 Der ICE 2 Der ICE 3 Der ICE T Weitere Züge
7 8
2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5
10 17 19 21 22 24 27 28
3 Das Magnetschnellbahn-System 3.1 Entwicklung der Magnetschnellbahn 3.2 Der Antrieb 3.2.1 Das Magnetische Feld 3.2.2 Schweben und Antrieb beim Transrapid 3.2.2.1 Der Antrieb im Fahrweg 3.2.2.2 Das Schweben 3.2.2.3 Energieversorgung 3.3 Die Transrapid-Fahrzeuge 3.4 Sonstige Maglev-Fahrzeuge
31 31 34 35 41 42 44 46 50 53
4 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2
55 56 57 60 60 61
Die Transrapidprojekte Die Versuchsanlage im Emsland Das chinesische Transrapidprojekt in Shanghai Aufgegebene Projekte Die Strecke Berlin-Hamburg Der Metrorapid in Nordrhein-Westfalen
X 4.4 4.5
Inhaltsverzeichnis Planung des Münchener Transrapidprojektes Transrapidprojekte weltweit
5 Technischer Systemvergleich 5.1 Der Fahrweg 5.1.1 Die Trassierung 5.1.1.1 Trassierung im Lageplan beim Rad-Schiene-System 5.1.1.2 Die Trassierung im Höhenplan beim Rad-Schiene-System 5.1.1.3 Trassierung im Lageplan beim Transrapid 5.1.1.4 Trassierung im Höhenplan beim Transrapid 5.1.1.5 Trassierungsvergleich der beiden Verkehrssysteme 5.1.2 Lichtraumprofile und Fahrbahnquerschnitte 5.1.2.1 Lichtraumprofil und Fahrbahnquerschnitt beim Rad-Schiene-System 5.1.2.2 Lichtraumprofil und Fahrbahnquerschnitt beim Transrapid 5.1.2.3 Flächenbedarf 5.1.3 Die konstruktive Ausbildung des Fahrwegs 5.1.3.1 Regelausbildung des Fahrwegs beim Rad-Schiene-System 5.1.3.2 Regelausbildung des Fahrwegs beim Transrapid 5.1.3.3 Weichen 5.1.4 Sonderbauwerke 5.1.4.1 Dämme und Einschnitte 5.1.4.2 Brücken 5.1.4.3 Tunnel 5.1.4.4 Tröge und Stützkonstruktionen 5.1.4.5 Schallschutzkonstruktionen 5.1.5 Materialbedarf 5.1.6 Verschleiß und Instandhaltung beim Fahrweg 5.1.7 Energieversorgung 5.2 Fahrzeuge 5.2.1 Komfort 5.2.2 Transportkapazität 5.2.3 Spezifische Gewichte 5.2.3.1 Gewicht bezogen auf die Nutzfläche 5.2.3.2 Gewicht bezogen auf die Sitzplätze 5.3 Antriebsleistung, Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeiten 5.3.1 Spezifische Antriebsleistung und Reibungszahlen 5.3.1.1 Spezifische Antriebsleistung und Höchstgeschwindigkeiten 5.3.1.2 Reibungszahl 5.3.2 Beschleunigungsverhalten und Anfahrzeitzuschläge 5.3.3 Höchstgeschwindigkeiten
5.3.3.1 Rekord-Höchstgeschwindigkeiten 161 5.3.3.2 Erreichbare Höchstgeschwindigkeiten mit seriennahen Zügen... 161 5.3.3.3 Betriebliche Höchstgeschwindigkeiten 161 5.3.3.4 Durchschnittliche Geschwindigkeiten und ereichbare Fahrzeiten 163 5.3.3.5 Anhaltezeiten 170 5.3.4 Strecken- und Fahrwiderstand 171 5.3.4.1 Grundwiderstand beim Rad-Schiene-System 172 5.3.4.2 Magnetisierungswiderstand beim Transrapid 175 5.3.4.3 Luftwiderstand 177 5.3.4.4 Induktiver Widerstand zur Bordenergieerzeugung 181 5.3.4.5 Beschleunigungswiderstand 185 5.3.4.6 Tunnelwiderstand 185 5.3.4.7 Steigungswiderstand 186 5.3.4.8 Bogen- und Weichenwiderstand 187 5.3.4.9 Sonstige Widerstände 187 5.3.4.10Gesamtfahrwiderstand 187 5.3.5 Der Energieaufwand 191 5.3.5.1 Energieaufwand zum Fahren bei konstanter Geschwindigkeit.... 191 5.3.5.2 Energieaufwand je Sitzplatzkilometer 194 5.3.5.3 Energieaufwand je Quadratmeter Nutzfläche und Kilometer 196 5.3.5.4 Energierückeinspeisung 198 5.4 Betriebliche Aspekte 201 5.4.1 Netzbildung 202 5.4.2 Der Einfluss des Haltestellenabstands 204 5.4.3 Verkehrsangebot und Verkehrsnachfrage 206 5.4.4 Zugfolgen 209 5.4.5 Beförderungskapazität 210 5.4.6 Kuppelbarkeit von Zügen 211 5.4.6.1 Anzahl benötigter Züge 213 5.4.7 Verschleißverhalten 215 5.5 Ökologische Aspekte 216 5.5.1 Ressourcenverbräuche 216 5.5.2 Schallemissionen 218 5.5.2.1 Gesetzliche Regelungen zum Schallschutz 218 5.5.2.2 Physikalische Grundlagen zur Schallemission 220 5.5.2.3 Gemessene Schallemissionen im Vergleich 221 5.5.2.4 Beurteilungspegel 223 5.5.2.5 Beurteilung des Schallschutzes bei Transrapid und Rad-Schiene-System 229 5.5.3 Erschütterungen 231 5.5.4 Elekrische, magnetische und elektromagnetische Felder 234
XII
Inhaltsverzeichnis
5.6 Sicherheit 5.6.1 Kennzahlen zur Sicherheit 5.6.2 Beeinflussung der Sicherheit 5.6.3 Systembedingte Sicherheit 5.6.4 Konstruktiv-technische Sicherheit 5.6.5 Betriebliche und organisatorische Sicherheit 5.6.5.1 Linienzugbeeinflussung beim Rad-Schiene-System 5.6.5.2 Betriebsleittechnik beim Transrapid 6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.3 6.4 6.5 6.6 6.6.1
238 238 240 241 243 246 246 248
Wirtschaftlicher Systemvergleich 251 Allgemeine Gedanken zum wirtschaftlichen Systemvergleich ... 251 Methoden der Investitionsrechnung 252 Statische Investitionsrechenverfahren 252 Dynamische Investitionsrechenverfahren 253 Kosten-Erlös- und Kosten-Nutzen-Rechnung 256 Lebenszykluskostenbetrachtungen 257 Stufen der Kostenermittlung 258 Kostenartengliederungen 260 Grobkennzahlen für die Investitionskosten der Infrastruktur 264 Streckenbezogene Kostenartengliederung 268 Streckenbezogene Kostenkennzahlen der zweiten Ebene für das Rad-Schiene-System 268 6.6.2 Streckenbezogene Kostenkennzahlen der zweiten Ebene für den Transrapid 269 6.7 Kostenkennzahlen für Grobelemente (Dritte Ebene) 273 6.7.1 Grobelemente für die Kostenermittlung von baulichen Anlagen 274 6.7.1.1 Grobelemente für die Kostenermittlung von baulichen Anlagen für das Rad-Schiene-System 274 6.7.1.2 Grobelemente für die Kostenermittlung von baulichen Anlagen für den Transrapid 276 6.7.2 Kostenkennzahlen für die Grobelemente 277 6.7.2.1 Stochastische Kostenverteilungen des Fahrwegs für das RadSchiene-System 279 6.7.2.2 Stochastische Kostenverteilungen für den Fahrweg des Transrapid 283 6.8 Investitionskosten für Fahrzeuge 287 6.8.1 Investitionskosten für ICE-Züge 287 6.8.2 Investitionskosten für Transrapid-Züge 289 6.9 Betriebskosten 291 6.9.1 Betriebskosten beim Rad-Schiene-System 292 6.9.1.1 Pauschale Ansätze für die Instandhaltung beim Rad-SchieneSystem 292
Inhaltsverzeichnis
XIII
6.9.1.2 Wartung, Inspektion und Instandhaltung des Gleiskörpers 294 6.9.1.3 Wartung, Inspektion und Instandhaltung der Züge 295 6.9.2 Betriebskosten beim Transrapid 296 6.9.2.1 Pauschale Ansätze für die Instandhaltung beim Transrapid 296 6.9.2.2 Wartung, Inspektion und Instandhaltung der Transrapid-Züge...297 6.10 Erlöse 298 7
Verkehrspolitischer, volkswirtschaftlicher und industriepolitischer Systemvergleich 301 7.1 Verkehrspolitischer Systemvergleich 301 7.1.1 Mobilität und Verkehr 301 7.1.2 Verkehrspolitik 304 7.1.2.1 Anliegen, Ziele und Aufgaben der Verkehrspolitik 304 7.1.2.2 Varianten der Verkehrspolitik 305 7.1.2.3 Nationale und europäische Verkehrspolitik 306 7.1.3 Verkehrsentwicklung und Verkehrspolitik im Personenverkehr. 308 7.1.3.1 Rückblick auf die Verkehrsentwicklung 308 7.1.3.2 Prognosen zur Verkehrsentwicklung 310 7.1.4 Verkehrspolitische Anforderungen an den Hochgeschwindigkeitsverkehr 312 7.1.4.1 Entwicklungen im Hochgeschwindigkeitsverkehr 312 7.1.4.2 Verkehrspolitische Anforderungen 313 7.2 Volkswirtschaftlicher Systemvergleich 316 7.2.1 Verkehrswirtschaft als Teil der Volkswirtschaft 316 7.2.2 Volkswirtschaftlicher Nutzen des Verkehrs 318 7.2.2.1 Beschäftigungswirkungen 318 7.2.2.2 Wirkungen auf die Raum- und Siedlungsstruktur 321 7.2.3 Volkswirtschaftliche Kosten des Verkehrs 324 7.3 Industriepolitischer Systemvergleich 327 7.3.1 Industriepolitische Wirkungen des Verkehrs 327 7.3.2 Innovationen und Entwicklungspotenziale im Hochgeschwindigkeitsverkehr 329 7.3.3 Exportchancen im Hochgeschwindigkeitsverkehr 330 7.3.4 Auswirkungen auf Arbeitsmarkt und Beschäftigung 333 8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5
Ein gesamtheitlicher Systemvergleich 337 Methodische Ansätze für Bewertungsverfahren 337 Planungs- und Entscheidungsprozesse in der Verkehrsplanung.. 337 Kosten-Erlös-Rechnung 340 Kosten-Nutzen-Analyse (KNA) 340 Nutzwertanalyse (NWA) 343 Kosten-Wirksamkeits-Analyse (KWA) 346
XIV
Inhaltsverzeichnis
8.2
8.6
Angewandte Bewertungsverfahren in der Verkehrswegeplanung 349 Gesamtwirtschaftliche Bewertungsmethodik der Bundes Verkehrswegeplanung 2003 349 Bewertungsverfahren nach Heimerl 355 Standardisiertes Bewertungsverfahren für den ÖPNV 359 Weitere Methoden für die Bewertungen 363 Bewertungsverfahren für eine nachhaltige Entwicklung 363 Sensitivitätsanalysen 365 Angewandte Bewertungsverfahren für Magnetschnellbahnen.... 366 Bewertung von Magnetbahnsystemen nach Richtlinien derBVWP 366 Szenarioanalyse nach Schellhase 368 Technikwirkungsanalyse nach Hübner et al 370 Machbarkeitsstudie für Magnetschnellbahnstrecken in Bayern und Nordrhein-Westfalen 373 Entwicklung einer multikriteriellen Methode 376 Randbedingungen für den Systemvergleich 376 Methodische Vorgaben für den gesamtheitlichen Systemvergleich 378 Klassifikation und Eignung der vorgestellten Verfahren 380 Varianten von Nutzwertanalysen 382 Grundkonzept der multikriteriellen Methode für den gesamtheitlichen Systemvergleich 383 Ergebnis des gesamtheitlichen Systemvergleichs 385
